電動汽車市場一直在經歷爆炸性增長，2022年全球銷售額將超過1萬億美元（約1283萬億韓元/韓元），國內銷量將超過108,000輛。不可避免地，對能夠延長電動車行駛里程的高容量電池的需求正在增長。最近，來自浦項工科大學與西江大學的一個聯合研究小組開發了一種用於穩定的高容量陽極材料的功能性聚合物粘合劑，可以將目前的電動車續航能力提高至少10倍。

由浦項工科大學教授Soojin Park（化學系）和Youn Soo Kim（材料科學與工程系）以及西江大學大學教授Jaegeon Ryu（化學與生物分子工程系）領導的研究小組開發了用於高容量陽極材料的帶電聚合物粘合劑，該材料既穩定又可靠，提供的容量是傳統石墨陽極的10倍甚至更高。這一突破是通過用矽陽極代替石墨，結合分層帶電聚合物，同時保持穩定性和可靠性而實現的。該研究結果作為封面文章發表在《先進功能材料》雜誌上。

像矽這樣的高容量陽極材料對於製造高能量密度的鋰離子電池至關重要；它們可以提供至少10倍於石墨或其他現有陽極材料的容量。但存在的挑戰是，高容量負極材料在與鋰反應過程中的體積膨脹對電池的性能和穩定性構成了威脅，為了緩解這一問題，研究人員一直在研究能夠有效控制體積膨脹的聚合物粘合劑。

然而，迄今為止的研究僅僅集中在化學交聯和氫鍵上。化學交聯涉及粘合劑分子之間的共價鍵，使其成為固體，但有一個致命的缺陷：一旦斷裂，鍵就無法恢復。另一方面，氫鍵是分子之間基於電負性差異的可逆的二次結合，但其強度（10-65千焦/摩爾）相對較弱。

研究小組開發的新聚合物不僅利用了氫鍵，而且還利用了庫侖力（正負電荷之間的吸引力）。這些力的強度為250千焦/摩爾，比氫鍵的強度高得多，但它們是可逆的，因此容易控制體積膨脹。高容量陽極材料的表面大多帶負電，而分層帶電的聚合物交替排列，帶正負電，可以有效地與陽極結合。此外，該團隊還引入了聚乙二醇來調節物理特性並促進鋰離子的擴散，從而形成了鋰離子電池中發現的厚實的高容量電極和最大的能量密度。

Soojin Park教授解釋說：”這項研究有可能通過加入高容量的陽極材料來大幅提高鋰離子電池的能量密度，從而延長電動汽車的行駛里程。矽基陽極材料有可能將駕駛里程提高至少10倍”。